Способ получения изоляционных продуктов
Настоящее изобретение относится к способу получения изоляционных продуктов на основе минеральной ваты, включающему нанесение на волокна минеральной ваты замасливающей композиции, содержащей (a) по меньшей мере один углевод, выбранный из восстанавливающих сахаров, невосстанавливающих сахаров, гидрированных сахаров и их смеси, (b) по меньшей мере один сшивающий агент для сшивки углевода или углеводов; выпаривание фазы растворителя из замасливающей композиции и термическое отверждение нелетучей фракции композиции. Сшивающий агент, предпочтительно, представляет собой поликарбоновую кислоту. В замасливающую композицию, предпочтительно непосредственно перед ее нанесением на волокна минеральной ваты, добавляют эмульсию "масло в воде", не включающую гидролизованного полисахарида, содержащую воду, минеральное масло и 0,5-5,0 весовых частей на 100 весовых частей минерального масла по меньшей мере одного поверхностно-активного вещества, предпочтительно неионного. Средний диаметр капелек масла в эмульсии "масло в воде", определенный гранулометрическим анализом по лазерной дифракции, больше 5 мкм и не превышает 400 мкм. Технический результат изобретения – образование на волокнах поверх связующего слоя - слоя масла, эффективного против пылеобразования. 14 з.п. ф-лы, 1 табл., 1 пр.
Настоящее изобретение относится к способу получения теплоизоляционных продуктов на основе минеральной ваты с использованием противопылевых агентов типа эмульсии "масло в воде".
Производство изоляционных продуктов на основе минеральной ваты обычно включает стадию получения стекловолокон или каменных волокон способом центрифугирования. На их пути между устройством центрифугирования и конвейерной лентой для сбора волокон на еще горячие волокна распыляют водную замасливающую композицию, называемую также связующим, которую затем подвергают реакции термоотверждения при температурах примерно 200°C.
Фенольные смолы, использующиеся в течение нескольких десятилетий в качестве связующих, все чаще заменяются продуктами из возобновляемых источников, не выделяющих или почти не выделяющих формальдегида, считающегося соединением, которое может нанести вред здоровью человека.
Так, например, из документов US 8197587 и US 2011/0223364 известно о связывании минеральных волокон водными замасливающими композициями, не включающими формальдегида, содержащими в качестве термоотверждаемых реагентов углеводы и поликарбоновые кислоты.
Кроме того, известно о введении в водную замасливающую композицию для минеральных волокон веществ, уменьшающих количество пыли. Наиболее широко используемым противопылевым агентом является минеральное масло. Чтобы обеспечить однородную и стабильную во времени смесь минерального масла с водной замасливающей композицией и использующимся количеством противопылевого агента, предлагалось готовить минеральное масло в виде эмульсии типа "масло в воде", стабилизированной поверхностно-активными веществами (ПАВ) и/или загустителями водной фазы.
Обычно стремятся к получению как можно более тонких и как можно более стабильных эмульсий. Настоящее изобретение основано на открытии того, что высокая стабильность и тонкодисперсность эмульсий "масло в воде", использующихся до настоящего времени, может ограничивать эффективность противопылевых агентов.
Действительно, обычно считается, что доля минерального масла, эффективная для удержания пыли, соответствует количеству, распределенному по поверхности связующего слоя (т.е. по границе раздела связующее/воздух), отвержденного в конце стадии сшивки. Таким образом, минеральное масло должно отделяться, на этапе нанесения на волокна или сразу после него, от других ингредиентов замасливающей композиции, чтобы образовать поверхностный слой, покрывающий слой связующего. Действительно, капельки минерального масла, захваченные в отвержденное связующее, не будут эффективными в удержании частиц пыли.
Таким образом, техническая проблема, лежащая в основе настоящего изобретения, является следствием двойного ограничения, а именно
- необходимость иметь устойчивую эмульсию противопылевых агентов типа "масло в воде" до момента нанесения замасливающей композиции, и
- необходимость в момент распылении замасливающей композиции быстро дестабилизировать эмульсию с образованием слоя масла на поверхности связующего слоя.
Авторы заявки в рамках своих исследований, направленных на оптимизацию противопылевых эмульсий для минеральной ваты, связанной связующими биологического происхождения, обнаружили, что важным параметром, который следует принимать во внимание, является размер капелек масла. Эмульсии, содержащие довольно большие капельки, с размером порядка от нескольких микрон до нескольких десятков микрон и даже более ста микрон, были более эффективными, чем более тонкие эмульсии с размером капелек порядка микрона или меньше микрона.
Не желая связывать себя какой-либо теорией, авторы изобретения полагают, что этот эффект связан с ускоренной дестабилизацией эмульсии. Действительно, в процессе изготовления стекловаты важными являются кинетические аспекты: противопылевая эмульсия нагнетается в трубу, которая питает рампу для нанесения водной замасливающей композиции. Несколько секунд спустя смесь замасливающей композиции с противопылевой эмульсией рассеивается в воздухе распылительными форсунками и вступает в контакт с еще горячими минеральными волокнами. Вязкость нанесенной замасливающей композиции очень быстро повышается после испарения водной фазы, и связующее окончательно отверждается позднее в печи через несколько десятков секунд в результате нагрева. Поэтому в первые несколько секунд после нанесения на волокна капельки противопылевого минерального масла должны коалесцировать и образовать пленку на поверхности связующего слоя. Если капельки масла будут слишком маленькими, дестабилизация эмульсии будет происходить слишком медленно, и очень большая часть масла рискует остаться захваченной в виде мелких капель в массе отвержденного связующего.
Эмульсии "масло в воде", использующиеся в настоящем изобретении, являются более эффективными, чем эмульсии согласно уровню техники, так как они содержат более крупные капельки масла, которые легче коалесцируют и быстрее мигрируют к границе раздела связующее/воздух. Более легкое разрушение эмульсии ускоряет миграцию масла к границе раздела связующее/воздух и уменьшает количество масла, захваченного в массу отвержденного связующего, и даже предотвращает такой захват. Это приводит к повышению эффективности защиты от пыли.
Авторы настоящей заявки подали первую заявку на патент Франции (регистрационный номер 1658166), еще не опубликованную к моменту подачи настоящей заявки, причем целью первой заявки является использование эмульсии "масло в воде", содержащей по меньшей мере один углевод и по меньшей мере один сшивающий агент, для уменьшения пыли в матах минеральной ваты. Противопылевая эмульсия, описанная и заявленная в той заявке, имеет размер капелек больше 5 мкм и стабилизована комбинацией по меньшей мере одного неионного ПАВ и водорастворимого гидролизованного полисахарида (загуститель).
Продолжая свои исследования в этой области с целью дальнейшего улучшения эффективности защиты от пыли и/или с целью снижения стоимости противопылевых эмульсий, авторы заявки установили, что присутствие загустителя (гидролизованный полисахарид), что авторы изобретения сначала считали обязательным, на самом деле не является необходимым. Оказалось, что можно получить хорошую эффективность защиты от пыли с эмульсиями "масло в воде", не содержащими гидролизованного полисахарида. Размер капелек масла в этих эмульсиях "масло в воде", не содержащих гидролизованных полисахаридов, всегда больше, чем у эквивалентных эмульсий, содержащих гидролизованные полисахариды. Некоторые эмульсии, не содержащие гидролизованных полисахаридов, имеют удовлетворительную стабильность при хранении, позволяющую хранить их и использовать без предварительного перемешивания, другие требуют легкого или умеренного перемешивания перед инжекцией в трубу, питающую рампу для нанесения водной замасливающей композиции.
Таким образом, объектом настоящего изобретения является способ получения изоляционных продуктов на основе минеральной ваты, включающий
- нанесение на волокна минеральной ваты замасливающей композиции, содержащей
(a) по меньшей мере один углевод, выбранный из восстанавливающих сахаров, невосстанавливающих сахаров, гидрированных сахаров и их смеси,
(b) по меньшей мере один сшивающий агент для сшивки углевода или углеводов,
- выпаривание фазы растворителя из замасливающей композиции и
- термическое отверждение нелетучей фракции композиции,
причем указанный способ отличается тем, что в замасливающую композицию добавляют, предпочтительно непосредственно перед ее нанесением на волокна минеральной ваты, эмульсию "масло в воде", не включающую гидролизованного полисахарида, и содержащую воду, минеральное масло и по меньшей мере один ПАВ, предпочтительно неионный, причем средний диаметр капелек масла в эмульсии "масло в воде", определенный гранулометрическим анализом по лазерной дифракции, больше 5 мкм и предпочтительно составляет от 10 до 400 мкм.
Под "агентом сшивки углеводов" в настоящей заявке понимается соединение, способное реагировать, возможно в присутствии катализатора, с углеводами и образовывать с ними трехмерную сетку, по меньшей мере частично нерастворимую.
Таким образом, способ согласно изобретению включает четыре следующих стадии:
(1) смешение замасливающей композиции с эмульсией "масло в воде", называемой ниже противопылевой эмульсией,
(2) нанесение полученной смеси на волокна минеральной ваты, предпочтительно путем распыления (дисперсия замасливающей композиции в воздухе),
(3) выпаривание летучей фазы (в основном воды) из смеси замасливающей композиции и противопылевой эмульсии, и
(3) термическое отверждение нелетучей фракции при высокой температуре, обычно больше или равной 200°C.
Эмульсия "масло в воде", используемая в настоящем изобретении, предпочтительно является стабильной эмульсией. Это означает, что ее можно хранить без перемешивания в течение нескольких дней при температуре от 20°C до 50°C без значительного увеличения среднего диаметра содержащихся в ней капелек масла.
Содержание масла в противопылевых эмульсиях по настоящему изобретению предпочтительно составляет от 30 до 70 вес.%, предпочтительно от 40 до 65 вес.%, в частности, от 45 до 60 вес.%.
Противопылевые эмульсии, использующиеся в настоящем изобретении, содержат в качестве противопылевого агента минеральное масло, также называемое жидким парафином. Оно предпочтительно имеет кинематическую вязкость при 20°C в интервале от 100 до 6000 мм2/с.
Особенно интересные результаты авторы заявки получили с так называемым "высоковязким" минеральным маслом, имеющим кинематическую вязкость при 20°C (ISO 3104) в интервале от 1000 до 5000 мм2/с. Таким образом, этот диапазон кинематической вязкости минерального масла является особенно предпочтительным.
Минеральные масла доступны на рынке, например, под названиями Novadex C304 или Catenex S579 (высоковязкое масло) или Novadex B110 (низковязкое масло).
Противопылевая эмульсия "масло в воде" стабилизирована неионным ПАВ или смесью ПАВ. Предпочтительно речь идет об одном неионном ПАВ.
В принципе можно использовать любые неионные ПАВ, известные своим эмульгирующим действием. Как правило, они имеют ГЛБ (гидрофильно-липофильный баланс) больше 10.
В качестве примеров неионных ПАВ, подходящих для использования в настоящем изобретении, можно назвать
- сложные эфиры жирных кислот, в частности, полиалкоксилированные производные жирных кислот,
- простые эфиры жирных спиртов, в частности, полиалкоксилированные производные жирных спиртов,
- полиалкоксилированные производные полиолов, такие как полиалкоксилированные производные глицерина или триметилолпропана,
- блок-сополимеры полиэтиленоксида и полипропиленоксида, в частности, полоксамеры, представляющие собой трехблочные сополимеры, содержащие центральный блок полипропиленоксида и два полиэтиленоксидных блока.
Полное количество ПАВ предпочтительно составляет от 0,5 до 5 весовых частей, предпочтительно от 1,2 до 3 весовых частей, в частности, от 1,5 до 2,8 весовых частей на 100 весовых частей минерального масла.
Эмульсия "масло в воде" согласно настоящему изобретению может содержать загущающий полимер, то есть органический полимер, растворимый в воде при температуре окружающей среды, не являющийся гидролизованным полисахаридом.
Количество загущающих полимеров предпочтительно составляет от 0,1 до 2 весовых частей, предпочтительно от 0,5 до 1 весовой части на 100 весовых частей минерального масла.
В одном предпочтительном варианте осуществления эмульсия по настоящему изобретению не содержит загущающего полимера, то есть не содержит никаких органических полимеров, растворимых в воде при температуре окружающей среды.
Для приготовления эмульсии "масло в воде" по настоящему изобретению сначала предпочтительно готовят водный раствор одного или нескольких ПАВ и, если необходимо, неполисахаридного загущающего полимера. Растворение этого или этих водорастворимых компонентов может потребовать умеренного нагрева водной фазы, например, до температуры 30-80°C, и довольно продолжительного времени перемешивания, составляющего примерно от 1 часа до 20 часов. После возврата к температуре окружающей среды все компоненты остаются растворенными в воде.
Затем в водную фазу, содержащую ПАВ и, при необходимости, неполисахаридный загущающий полимер в растворенном состоянии, добавляют минеральное масло, после чего к смеси прикладывают сдвиговые усилия или ультразвук до получения эмульсии.
Авторы заявки для получения эмульсий "масло в воде" с капельками, имеющими средний размер от 10 мкм до 400 мкм, использовали диспергатор Ultra-Turrax IKA T50 с диспергирующим устройство S50N-G45G, причем диспергатор работал с максимальной скоростью (10000 об/мин) в течение примерно 1-5 мин.
Размер капелек можно регулировать, изменяя либо используемое сдвиговое усилие (то есть скорость сдвига диспергатора), либо вязкость используемого минерального масла:
- при заданном минеральном масле, чем выше сдвиговое усилие, тем меньше будут капельки; если желательно увеличить их диаметр, следует уменьшить скорость вращения диспергирующего устройства,
- при заданном сдвиговом усилии, чем выше вязкость масла, тем больше будет диаметр капелек; если желательно уменьшить диаметр, следует выбрать менее вязкое масло.
Количество ПАВ и/или загустителя имеет малое влияние на диаметр капелек, но влияет на стабильность получаемых эмульсий.
Среднеобъемный диаметр капелек масла полученной эмульсии определяют затем методом лазерной гранулометрии с использованием лезерного дифракционного гранулометра Metasizer 2000 или Metasizer 3000 при температуре 20°C. Для этого эмульсию необходимо разбавить в большом объеме воды (разбавление примерно от 1/1000 до 1/100000). Однако величина среднего диаметра не зависит от произведенного разбавления. Под среднеобъемным диаметром понимается объемный диаметр D50, то есть диаметр, при котором половина объема совокупности капелек состоит из капель, имеющих диаметр меньше или равный этому диаметру, а другая половина состоит из капелек, имеющих диаметр больше этого диаметра.
Как уже указывалось во введении, авторы заявки установили, что при заданном количестве нанесенного масла эмульсии "масло в воде" по настоящему изобретению, имеющие гранулометрическое распределение со средним диаметром капелек больше 5 мкм, будут иметь лучшую эффективность от пыли, чем эмульсии согласно уровню техники, содержащие более мелкие капельки.
Этот средний диаметр капелек минерального масла предпочтительно составляет от 10 мкм до 400 мкм, в частности, от 20 мкм до 300 мкм, более предпочтительно от 40 до 200 мкм.
Использующаяся в настоящем изобретении замасливающая композиция на основе углеводов и сшивающего агента, предпочтительно поликарбоновых кислот, известна и описана, например, в документах US 8197587, WO2010/029266, WO2013/014399, WO2015/181458, WO2012/168619, WO2012/168621, WO2012/072938.
В настоящей заявке термин "углеводы" имеет более широкий смысл, чем обычно, так как он охватывает не только углеводы в строгом смысле, то есть восстанавливающие сахара или углеводы формулы Cn(H2O)p, содержащие по меньшей мере одну альдегидную или кетоновую группу (восстанавливающая группа), но также продукты гидрирования этих углеводов, в которых альдегидная или кетоновая группа была восстановлена до спирта. Этот термин охватывает также невосстанавливающие сахара, состоящие из нескольких углеводных звеньев, в которых атомы углерода, несущие полуацетальный гидроксил, участвуют в озидных связях, соединяющих звенья друг с другом.
Углеводный компонент (компонент (a)) замасливающей композиции согласно изобретению может состоять исключительно из гидрированных сахаров и не содержать восстанавливающих или невосстанавливающих сахаров. Этот вариант осуществления является выгодным, так как он приводит к особенно слабо окрашенным изоляционным продуктам.
Изоляционные продукты на основе минеральной ваты, полученные с замасливающей композицией, имеющей некоторое содержание восстанавливающих сахаров, являются относительно более сильно окрашенными, но могут представлять реальный экономический интерес, обусловленный низкой стоимостью восстанавливающих сахаров или смесей сахаров, которые не полностью гидрированы.
Под "гидрированным сахаром" в настоящем изобретении понимаются все продукты, полученные при восстановлении сахарида, выбранного из моносахаридов, дисахаридов, олигосахаридов и полисахаридов, и смеси этих продуктов.
Гидрированный сахар предпочтительно является продуктом гидрирования гидролизата крахмала.
Гидролизаты крахмала представляют собой продукты, полученные при ферментативном и/или кислотном гидролизе крахмала. Степень гидролиза обычно характеризуется декстрозным эквивалентом (DE), определяемым из следующего соотношения:
Предпочтительные гидролизаты крахмала перед стадией гидрирования имеют DE от 5 до 99, предпочтительно от 10 до 80.
Гидрирование сахарида можно осуществить известными способами, действуя в условиях давления водорода и при повышенных температурах в присутствии катализатора, выбранного из элементов групп IB, IIB, IVB, VI, VII и VIII периодической системы элементов, предпочтительно из группы, содержащей никель, платину, палладий, кобальт, молибден и их смеси. Предпочтительным катализатором является никель Ренея. Гидрирование превращает сахар или смесь сахаров (гидролизат крахмала) в полиолы или сахарные спирты.
В качестве примеров гидрированных сахаров можно назвать эритрит, арабит, ксилит, сорбит, маннит, идит, мальтит, изомальтит, лактит, целлобит, палатинит, мальтотрит и продукты гидрирования гидролизатов крахмала.
Предпочтительно использовать продукты гидрирования гидролизатов крахмала.
Предпочтительно, гидрированный сахар или смесь гидрированных сахаров состоит преимущественно (т.е. более чем на 50 вес.%) из мальтита (продукт гидрирования мальтозы, димер глюкозы, полученный в результате ферментативного гидролиза крахмала).
Углеводный компонент (компонент (a)) может состоять исключительно из восстанавливающих сахаров. Однако из соображений, указанных выше, он предпочтительно содержит значительную долю гидрированных сахаров. Доля гидрированных сахаров в углеводе предпочтительно составляет от 25 до 100 вес.%, в таком случае компонент (a) в добавление к гидрированным сахарам содержит до 75 вес.% одного или нескольких восстанавливающих или невосстанавливающих сахаров.
Содержание гидрированных сахаров в углеводе (компонент (a)) предпочтительно больше или равно 30 вес.%, в частности, больше или равно 50 вес.% и в идеале больше или равно 70 вес.%.
Восстанавливающие сахара охватывают монозы (моносахариды) и гликозиды (дисахариды, олигосахариды и полисахариды).
В качестве примеров моносахаридов можно назвать моносахариды, содержащие от 3 до 8 атомов углерода, предпочтительно альдозы и, предпочтительно, альдозы, содержащие от 5 до 7 атомов углерода. Особенно предпочтительными альдозами являются натуральные альзоды (относящиеся к серии D), в частности, гексозы, такие как глюкоза, манноза и галактоза.
Примерами дисахаридов, подходящих для использования в качестве восстанавливающих сахаров, являются лактоза и мальтоза.
Полисахариды, подходящие для применения в настоящем изобретении, предпочтительно имеют средневесовую молекулярную массу ниже 100000, предпочтительно ниже 50000, предпочтительно ниже 10000.
Предпочтительно, полисахарид содержит по меньшей мере одно звено, выбранное из вышеназванных альдоз, предпочтительно глюкозу. Особенно предпочтительными являются восстанавливающие полисахариды, которые состоят преимущественно (более чем на 50 вес.%) из звеньев глюкозы.
Восстанавливающий сахар может представлять собой, в частности, смесь моносахаридов, олигосахаридов и полисахаридов, в частности, декстрин.
Декстрины представляют собой соединения, отвечающие общей формуле (C6H10O5)n. Их получают частичным гидролизом крахмала. Их декстрозный эквивалент (DE) предпочтительно составляет от 5 до 99, предпочтительно от 10 до 80.
Невосстанавливающий сахар предпочтительно представляет собой невосстанавливающий олигосахарид, содержащий не более десяти углеводных звеньев.
В качестве примеров таких невосстанавливающих сахаров можно назвать дисахариды, такие как трегалоза, изотрегалозы, сахароза и изосахарозы (isosucroses по-английски), трисахариды, такие как мелецитоза, гентианоза, рафиноза, эрлоза и умбеллифероза; тетрасахариды, такие как стахиоза, и пентасахариды, такие как вербаскоза.
Предпочтительными являются сахароза и трегалоза, более предпочтительна сахароза.
Компонент (a), а именно, углевод, состоящий из гидрированных сахаров, и/или восстанавливающих и/или невосстанавливающих сахаров, предпочтительно составляет от 30 до 70 вес.%, предпочтительно от 40 до 60 вес.% сух.в. замасливающей композиции. Эти значения соответствуют содержанию до добавления противопылевой эмульсии.
Сшивающий агент, использующийся в настоящем изобретении, предпочтительно выбран из поликарбоновых кислот, солей и ангидридов поликарбоновых кислот, солей металлов и неорганических кислот и аминовых и аммониевых солей неорганических кислот.
Неорганические кислоты и их соли, подходящие для применения в качестве сшивающего агента в настоящем изобретении, описаны, например, в заявках WO2012/168619, WO2012/168621 и WO2012/072938.
В одном предпочтительном варианте осуществления сшивающий агент содержит поликарбоновую кислоту или является поликарбоновой кислотой. Поликарбоновая кислота может быть полимерной кислотой (то есть полученной в результате полимеризации карбоксилированных мономеров) или мономерной кислотой.
Для ограничения вязкости замасливающей композиции эта поликарбоновая кислота предпочтительно имеет среднечисленную молекулярную массу меньше или равную 50000, предпочтительно меньше или равную 10000 и предпочтительно меньше или равную 5000.
В качестве примеров полимерных поликарбоновых кислот можно назвать гомополимеры и сополимеры, полученные из мономеров, содержащих по меньшей мере одну группу карбоновой кислоты, такие как (мет)акриловая кислота, кротоновая кислота, изокротоновая кислота, малеиновая кислота, коричная кислота, 2-метилмалеиновая кислота, фумаровая кислота, итаконовая кислота, 2-метилитаконовая кислота, α,β-метиленглутаровая кислота, и ненасыщенные сложные моноэфиры дикарбоновых кислот, такие как малеаты и фумараты алкилов C1-C10. Кроме того, сополимеры могут содержать один или несколько виниловых или акриловых мономеров, таких как винилацетат, стирол, незамещенный или замещенный алкильными, гидроксильными или сульфонильными группами или атомом галогена, (мет)акрилонитрил, (мет)акриламид, C1-C10-алкил(мет)акрилаты, в частности, метил(мет)акрилат, этил(мет)акрилат, н-бутил(мет)акрилат и изобутил(мет)акрилат.
В одном особенно предпочтительном варианте осуществления компонент (b) представляет собой или содержит мономерную поликарбоновую кислоту. Под мономерной поликарбоновой кислотой понимается поликарбоновая кислота, которая не является результатом полимеризации карбоксильных мономеров. Таким образом, мономерная поликарбоновая кислота не имеет цепи из последовательных повторяющихся звеньев.
Речь может идти о дикарбоновой, трикарбоновой или тетракарбоновой кислоте.
Дикарбоновые кислоты включают, например, щавелевую кислоту, малоновую кислоту, янтарную кислоту, глутаровую кислоту, адипиновую кислоту, пимелиновую кислоту, суберировую кислоту, азелаиновую кислоту, себациновую кислоту, яблочную кислоту, винную кислоту, тартроновую кислоту, аспарагиновую кислоту, глутаминовую кислоту, фумаровую кислоту, итаконовую кислоту, малеиновую кислоту, травматиновую кислоту, камфорную кислоту, фталевую кислоту и их производные, в частности, содержащие по меньшей мере один атом бора или хлора, тетрагидрофталевую кислоту и ее производные, в частности, содержащие по меньшей мере один атом хлора, такие как хлорэндиковая кислота, изофталевая кислота, терефталевая кислота, мезаконовая кислота и цитраконовая кислота.
Трикарбоновые кислоты охватывают, например, лимонную кислоту, трикарбаллиловую кислоту, 1,2,4-бутантрикарбоновую кислоту, аконитовую кислоту, гемимеллитовую кислоту, тримеллитовую кислоту и тримезиновую кислоту.
В качестве тетракарбоновой кислоты можно указать, например, 1,2,3,4-бутантетракарбоновую кислоту и пиромеллитовую кислоту.
Предпочтительно использовать лимонную кислоту.
Компонент (b) предпочтительно составляет от 30 до 70 вес.%, предпочтительно от 40 до 60 вес.% сухих веществ замасливающей композиции по настоящему изобретению. Эти значения относятся к содержанию до добавления противопылевой эмульсии.
Весовое отношение компонента (a) к компоненту (b) предпочтительно составляет от 70/30 до 30/70, в частности, от 60/40 до 40/60.
Кроме того, замасливающая композиция может содержать катализатор, предпочтительно катализатор этерификации, который может быть выбран, например, из оснований и кислот Льюиса, таких как глины, коллоидный или неколлоидный оксид кремния, оксиды металлов, сульфаты мочевины, хлориды мочевины, и из катализаторов на основе силикатов.
Катализатор может также представлять собой соединение, содержащее фосфор, например, гипофосфит щелочного металла, фосфит щелочного металла, полифосфат щелочного металла, гидрофосфат щелочного металла, фосфорную кислоту или алкилфосфоновую кислоту. Щелочной металл предпочтительно является натрием или калием.
Катализатор может быть также соединением, содержащим фтор и бор, например, тетрафторборной кислотой или солью этой кислоты, в частности, тетрафторборатом щелочного металла, такого как натрий или калий, тетрафторборатом щелочноземельного металла, такого как кальций или магний, тетрафторборатом цинка и тетрафторборатом аммония.
Предпочтительно, катализатор представляет собой гипофосфит натрия, фосфит натрия или смесь этих соединений.
Количество катализатора, вводимого в замасливающую композицию, обычно составляет не более 20 вес.%, предпочтительно от 1 до 10 вес.%, от полного веса компонентов (a) и (b).
Кроме того, замасливающая композиция согласно изобретению может содержать обычные добавки, указанные ниже, в следующих пропорциях, насчитанных на 100 весовых частей компонентов (a) + (b):
0-2 части силана, в частности, аминосилана,
0,1-3 весовые части полиорганосилоксана, предпочтительно полидиметилсилоксана (PDMS),
0-20 частей полиола, отличного от гидрированных сахаров,
0-30 частей, предпочтительно 0-20 частей, мочевины,
0-30 частей расширящего агента (extender), выбранного из производных лигнина, таких как лигносульфонат аммония (LSA) или лигносульфонат натрия, и животных или растительных белков.
Роль этих добавок известна, напомним вкратце:
Силан представляет собой связующий агент, способный реагировать как с поверхностью волокон, так и с компонентами связующего.
Полиорганосилоксан предпочтительно представляет собой полидиорганосилоксан, содержащий группы, способные реагировать с компонентами (а) или (b) замасливающей композиции и/или с силанольными группами на поверхности стекла. Этими группами являются, например, силанольные, карбоксильные, ангидридные группы, аминогруппы, эпоксидные или винильные группы, в частности силанольные и карбоксильные группы.
Роль этого полиорганосилоксана состоит в уменьшении гидрофильности отвержденного связующего и полученного конечного продукта.
Химически активный силикон предпочтительно является жидким при температуре окружающей среды. Его средняя молекулярная масса обычно меньше или равна 50000, предпочтительно меньше или равна 10000.
Предпочтительно, активный силикон содержит реакционно-способную группу, предпочтительно силанольную группу, на каждом конце цепи.
Реакционно-способная группа активного силикона может быть блокирована защитной группой, которая освобождает указанную реакционно-способную группу под действием тепла. Доля активного силикона в замасливающей композиции обычно варьируется от 0,1 до 3 частей, предпочтительно от 0,3 до 2,5 частей, предпочтительно от 0,5 до 2,0 частей и еще лучше от 0,7 до 1,8 весовых частей на 100 весовых частей суммы компонентов (a) и (b).
Приготовление замасливающей композиции осуществляется путем простого смешения вышеуказанных компонентов с водой.
В способе по настоящему изобретению противопылевую добавку, то есть эмульсию "масло в воде", добавляют в замасливающую композицию предпочтительно непосредственно перед ее нанесением на волокна минеральной ваты. Нанесение замасливающей композиции на минеральные волокна предпочтительно осуществляется с помощью распылительной рампы, содержащей множество форсунок.
В одном варианте осуществления эмульсию "масло в воде" добавляют в емкость с замасливающей композицией, и полученную смесь можно перемешивать классической системой перемешивания до достижения гомогенного распределения капелек масла в распыляемой композиции.
В другом варианте осуществления эмульсию "масло в воде" вводят в замасливающую композицию путем инжекции потока эмульсии "масло в воде" в поток замасливающей композиции, подаваемый на распылительную рампу. Перемешивание этих двух жидких композиций производится в таком случае благодаря турбулентному течению смеси в трубах установки.
В этом втором варианте осуществления введение эмульсии "масло в воде" в замасливающую композицию проводят самое большее за несколько десятков секунд до распыления смеси форсунками распылительной рампы.
Разбавление, которому подвергается противопылевая эмульсия при ее вводе в замасливающую композицию, составляет примерно от 1/10 до 1/500, в частности от 1/20 до 1/200.
Замасливающую композицию, содержащую противопылевую эмульсию, предпочтительно наносят на минеральные волокна в таком количестве, чтобы конечное содержание органического связующего после выпаривания фазы растворителя и отверждения в печи составляло примерно от 3% до 7%, в частности, от 3,5% до 6,5% и особенно предпочтительно от 4% до 6 вес.% от веса минеральных волокон.
Количество минерального масла, наносимого на волокна минеральной ваты и присутствующего в конечном продукте, составляет от 0,1% до 2,0%, предпочтительно от 0,2% до 1,0%, в частности, от 0,3% до 0,8% от веса минеральных волокон.
Пример
1) Приготовление замасливающей композиции (базовое связующее)
Готовят замасливающие композиции, содержащие 48 весовых частей Maltilite® 5575 (сироп мальтита), 52 весовые части лимонной кислоты и 5 весовых частей гипофосфита натрия.
Замасливающую композицию готовят, вводя в сосуд воду (около 80% от конечной композиции), гидрированный сахар (сироп мальтита), лимонную кислоту и гипофосфит натрия (катализатор).
2) Приготовление противопылевой эмульсии "масло в воде" согласно изобретению
В 10 литрах воды растворяют 150 г Pluronic F-127 (трехблочный сополимер пропиленоксида и этиленоксида) при нагревании до температуры примерно 50°C и перемешивании около 20 часов до полного растворения ПАВ. Затем к 4,8 кг этого водного раствора добавляют 5,5 литров минерального масла, имеющего кинематическую вязкость 2300 мм2/с при 20°C (ISO 3104), кинематическую вязкость 500 мм2/с при 40°C (ISO 3104) и температуру воспламенения 300°C (ISO 2592). Затем в смесь вводят диспергатор Ultra-Turrax® T50, снабженный диспергирующим устройством S50N-G45G, затем включают Ultra-Turrax для работы при скорости 10000 об/мин в течение 2 мин.
Средний диаметр капелек масла в полученной эмульсии составляет 100 мкм.
3) Сравнительная эмульсия "масло в воде"
В качестве сравнительной противопылевой эмульсии используют эмульсию HydroWax® 88, выпускаемую в продажу фирмой SASOL. Эта эмульсия содержит примерно 52-53 вес.% высоковязкого минерального масла, имеющего кинематическую вязкостью при 40°C 500 мм2/с и температуру воспламенения выше 280°C. Согласно информации производителя, эта эмульсия стабилизована анионными ПАВ. Средний диаметр капелек масла, определенный гранулометрически по лазерной дифракции на приборе Metasizer 2000, равен 1,8 мкм.
4) Получение мата минеральной ваты
Стекловату получают методом внутреннего центрифугирования, согласно которому расплавленная стеклянная композиция преобразуется в волокна с помощью устройства, называемого центробежным, или прядильным, диском, содержащим корзину, образующую приемную камеру для расплавленной композиции и перфорированную периферийную поверхность с множеством отверстий: диск приводится во вращение вокруг его оси симметрии, проходящей вертикально, композиция выталкивается через отверстия под действием центробежной силы, и материал, выходящий через отверстия, вытягивается в волокна потоком вытягивающего газа.
Классически рампа для распыления замасливающей композиции находится над прядильным диском, чтобы равномерно распределять замасливающую композицию по только что образованной стекловате.
Замасливающую композицию смешивают с каждой из противопылевых эмульсий "масло в воде" (согласно изобретению и сравнительной) с помощью статического смесителя. Коммерческую эмульсию химически активного силиконового масла (SILRES® BS 5137, производство фирмы Wacker) добавляют с помощью статического смесителя в концентрации 0,05%.
Замасленную таким способом минеральную вату собирают на ленточном конвейере, снабженном внутренними всасывающими камерами, которые удерживают минеральную вату в виде войлока или слоя на поверхности конвейера. Затем конвейер движется в сушильную печь, поддерживаемую при 270°C, где компоненты замасливающей композиции полимеризуются, образуя связующее. Полученный изоляционный продукт имеет номинальную плотность, равную 17,5 кг/м3, номинальную толщину примерно 75 мм и потери на прокаливание порядка 5%.
Полученные образцы хранили затем в течение 3 месяцев в сжатом состоянии без герметичной упаковки при температуре окружающей среды (20-25°C).
5) Оценка эффективности против пыли
Противопылевая эффективность эмульсий "масло в воде" согласно изобретению оценивалась с использованием внутреннего устройства. Образец стекловаты размером 20 х 30 см закрепляли в рамке так, чтобы по меньшей мере одна из его главных поверхностей была свободна. Перфорированная пластина с размерами чуть меньшие размеров образца, закрепленные на шарнирном рычаге, ударяла по свободной поверхности образца. Оптическое устройство подсчитывало количество выделенных частиц.
6) Результаты
Таблица 1. Число обнаруженных частиц пыли
| Количество минерального масла в расчете на волокна (%) | Hydrowax® 88 (сравнение) |
Эмульсия согласно изобретению | Уменьшение числа частиц пыли |
| 0,4 | 537* | 321 | 40% |
*Среднее значение, рассчитанное из двух отдельных партиях, произведенных в течение одного дня (621 (начало дня) - 454 (середина дня)); все остальные значения соответствуют одной партии произведенной минеральной ваты.
В таблице 1 выше приведено число частиц пыли, обнаруженное для образцов стекловаты, связанной одной и той же замасливающей композицией на основе мальтита и лимонной кислоты и содержащей 0,05% активного силиконового масла (SILRES® BS 5137) и высоковязкого 0,4% минерального масла.
Эти результаты показывают, что при одинаковом количестве масла, равном 0,4 вес.% от веса минеральных волокон, эмульсия согласно изобретению, содержащая капельки со средним диаметром 100 мкм, более эффективно снижает число частиц пыли, чем композиция согласно уровню техники (HydroWax® 88), содержащая частицы со средним диаметром 1,8 мкм.
1. Способ получения изоляционных продуктов на основе минеральной ваты, включающий
- нанесение на волокна минеральной ваты замасливающей композиции, содержащей
(a) по меньшей мере один углевод, выбранный из восстанавливающих сахаров, невосстанавливающих сахаров, гидрированных сахаров и их смеси,
(b) по меньшей мере один сшивающий агент для сшивки углевода или углеводов,
- выпаривание фазы растворителя из замасливающей композиции и
- термическое отверждение нелетучей фракции композиции,
причем указанный способ отличается тем, что в замасливающую композицию добавляют, предпочтительно непосредственно перед ее нанесением на волокна минеральной ваты, эмульсию "масло в воде", не включающую гидролизованного полисахарида, содержащую воду, минеральное масло и 0,5-5,0 весовых частей, на 100 весовых частей минерального масла, по меньшей мере одного ПАВ, предпочтительно неионного, причем средний диаметр капелек масла в эмульсии "масло в воде", определенный гранулометрическим анализом по лазерной дифракции, больше 5 мкм и не более 400 мкм.
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что сшивающий агент выбран из поликарбоновых кислот, солей и ангидридов поликарбоновых кислот, солей металлов и неорганических кислот и аминовых и аммониевых солей неорганических кислот.
3. Способ по п. 2, отличающийся тем, что сшивающий агент выбран из поликарбоновых кислот, предпочтительно из мономерных поликарбоновых кислот.
4. Способ по любому из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что доля гидрированных сахаров в углеводе составляет от 25 до 100 вес.%.
5. Способ по любому из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что замасливающая композиция дополнительно содержит 0,1-3 весовых частей полиорганосилоксана, предпочтительно полидиметилсилоксана (PDMS) на 100 весовых частей компонентов (a) + (b).
6. Способ по п. 5, отличающийся тем, что полиорганосилоксан содержит группы, способные реагировать с компонентами (a) или (b) замасливающей композиции.
7. Способ по любому из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что кинематическая вязкость минерального масла составляет при 20°C от 100 до 6000 мм2/с, предпочтительно от 1000 до 5000 мм2/с.
8. Способ по любому из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что средний диаметр капелек минерального масла в эмульсии "масло в воде" составляет от 10 мкм до 400 мкм, предпочтительно от 20 мкм до 300 мкм и более предпочтительно от 40 до 200 мкм.
9. Способ по любому из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что эмульсия "масло в воде" не содержит органического полимера, растворимого в воде при температуре окружающей среды.
10. Способ по любому из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что эмульсия "масло в воде" содержит от 1,2 до 3 весовых частей неионного ПАВ на 100 весовых частей минерального масла.
11. Способ по любому из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что нанесение замасливающей композиции на минеральные волокна производится с помощью распылительной рампы, содержащей множество форсунок, и тем, что эмульсия "масло в воде" вводится в замасливающую композицию путем инжекции потока эмульсии "масло в воде" в поток замасливающей композиции, подаваемый на распылительную рампу.
12. Способ по любому из пп. 1-10, отличающийся тем, что эмульсию "масло в воде" добавляют в емкость, содержащую замасливающую композицию, и полученную смесь перемешивают до достижения однородного распределения капелек масла.
13. Способ по любому из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что количество минерального масла, наносимого на волокна минеральной ваты, составляет от 0,1% до 2,0%, предпочтительно от 0,2% до 1,0%, в частности от 0,3% до 0,8%, от веса минеральных волокон.
14. Способ по одному из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что гидрированный сахар выбран из продуктов гидрирования моносахаридов, дисахаридов, олигосахаридов и полисахаридов, а также их смесей.
15. Способ по любому из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что гидрированный сахар представляет собой продукт гидрирования гидролизата крахмала.
